Calcio: metallo divalente e nutrizione umana, Università di Roma Tor Vergata

Università di Roma Tor Vergata

Scienze della Nutrizione Umana Biochimica della Nutrizione

Calcio

Metallo divalente appartenente al gruppo 2A della tavola periodica Periodic Table of the Elements Chemistry Reference Sheet California Standards Test

1 18 1A BA 1 2 13 3A 14 4A 15 5A 16 6A 17 7A 11 Atomic number B Element symbol Boron 10.81 6 C Carbon 12.01 N Nitrogen 14.01 O Oxygen 16.00 9 F Fluorine 19.00 Ne Neon 20.18 11 13 14 15 16 3 Na Sodium 22.99 3 38 4 4B 5 58 6 6B 7 B g 10 11 Aluminum 25.98 Si Silicon 28.09 P Phosphorus 30.97 17 CI Chlorine 35.45 Ar Argon 39.95 19 20 21 22 23 24 25 26 27 31 32 4 K Ca Calcium 40.08 Sc Scandium 44.95 Ti Titanium 47.87 V Cr Mn Fe Iron 55.85 Co Cobalt 58.93 28 Ni Nickel 58.69 29 Cu Copper 63.55 30 Zn Zinc 65.39 Ga Gallium 69.72 Ge Germanium 72.61 33 As Arsenic 74.92 Se aleniu/n 35 Br Bromine 79.90 Kr Krypton 83.80 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 4g 50 52 53 54 Rb Y Zr Nb Niobium 92.91 Mo Tc Ru Rh Pd Palladium 106.42 Ag SIVer 107.87 Cd Cadmium 112.41 In Indium 114.82 Sn Tin 51 Sb Antimony 121.76 Te Tellurium 127.60 1 Xe Xenon 131.29 55 56 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 6 Cs Cesium 132.91 Ba Barium 137.33 57 La Lanthanum 138.91 72 Hf Hafnium 178.49 Ta Tantalum 180.95 W Tungsten 183.84 Re Rhenium 186.21 Os Osmium 190.23 Ir Iridium 192.22 Pt Platinum 195.08 Au Gold 196.97 Hg Mercury 200.59 TI Thallium 204.38 Pb Lead 207.2 Bi Bismuth 208.98 Po Polonium (209) At Astatine (210) Rn Radon (222) Fr Francium (223) 88 Ra Radium (226) 89 Ac Actinium (227) 104 Rf Db Sg Bh Bohrium (264) Hs Hassium (269) Mt Meitnerium (268) 58 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm Samarium 150.36 63 Eu Europium 151.96 64 Gd Gadolinium 157.25 65 Tb Terbium 158.93 66 Dy Dysprosium 162.50 67 Ho Holmium 164.93 68 Er Erbium 167.26 69 Tm Thulum 168.93 70 Yb 71 Lu Lutetium 174.97 140.91 144.24 (145) 93 94 95 96 97 98 gg 100 101 102 103 Th 91 Pa 92 U Np Pu Bk Cf Es Fm Md No Lr Thorium Protactinium 232.04 231.04 Uranium 238.03 Neptunium (237) Plutonium (244) Am Americium (243) Cm Curium (247) Berkelium Californium Einsteinium (251) (252) Fermium (257) Mendelevium (258) Nobelium (259) Lawrencium (262) 3 5 7 E 10 2 Li Lithium 6.94 4 Be Beryllium Na Sodium 22.99 Element name Average atomic mass* AI 7B BB 1B Potassium 39.10 Sr Strontium 87.62 Yttrium 88.91 Zirconium 91.22 95.94 (98) Ruthenium 101.07 Rhodium 102.91 lodine 126.90 87 105 106 107 108 109 7 (261) Dubnium (262) Seaborgium (266) Ce Cerium 140.12 Praseodymium Neodymium Promethium Ytterbium 173.04 " If this number is in parentheses, then it refers to the atomic mass of the most stable isotope. 90 Copyright 2008 California Department of Education

Calcio Corporeo

Calcio corporeo (1200 g) ossa, denti (99%) Fosfato, carbonato di Ca Ca + P = 65% (w/w) dell'osso Idrossiapatite Ca10(PO4)6(OH)2 Extraosseo (1%) Intracellulare (mitocondri, R.E.) Ca citosolico 0, 1µM plasmatico Livello sierico = 90-110 mg/L (2,4 mM) · 50% ione non complessato - fisiologicamente attivo : 40% legato a proteine (albumina) ¿ 10% sale fosfato, citrato, bicarbonato

Distribuzione del Calcio

Complessi con proteine, inattivo 41% Ionizzato, libero 49% Complessi con Pi, HCO3-, citrato 10%M+ + A- MAI Keq = [M+] > [A~] [MA] MA minerale insolubile, [MA] = costante Kps = [M+] > [A] prodotto di solubilità dipende da: PH temperatura presenza di altri ioni Ca3(PO4)2 CaHPO4 3Ca2+ + 2PO43- Kps =[Ca2+]3 x [PO43-] Ca2+ + HPO42- Kps =[Ca2+] > [HPO42] Ca2+ e HIPO42- nel plasma presenti ad una concentrazione vicina al prodotto di solubilità Quando forma complessi con albumina, [Ca2+] libero diminuisce e la precipitazione del sale di calcio è inibita > regolazione ormonale combinata di Ca e P > apporto alimentare di Ca e P & 1:1

Funzioni del Calcio

• Struttura (osso e denti)
• Coagulazione del sangue
• Contrazione muscolare (troponina)
• Attivazione di enzimi idrolitici a-amilasi pancreatica fosfolipasi A2 pancreatica tripsinogeno fosfolipasi C protein chinasi C fosfofruttochinasi
• Apertura di canali per il potassio
• Rilascio di ormoni e neurotrasmettitori
• Regolazione dell'espressione genica
• Regolazione pompa Na/K
• Sistema tampone intracellulare funzioni regolatorie prevalgono su funzioni scheletriche perturbazioni nell' omeostasi sono tamponate da tessuto osseo

Tampone Intracellulare

Esterno Citoplasma Mitocondrio 3 Ca2+ 3Ca2+ 3Ca2+ ~ ~ H+ 6H+ 2H+ Ca3(PO4)2 2HPO4= T ~ 2HPO4= 2H2PO4- PH 7,4 [Ca2+] 10-3M pH 6,8-7,0 [Ca2+] 10-6M pH 7,8-8,0 [Ca2+] 10-2M insolubile [Ca2+] 10-4M ionizzato Regola anche concentrazioni citoplasmatiche di sodio, magnesio, fosfato, bicarbonato dipendono da [H+] citoplasmatica insolubile ~Mg-ADP + Pi Pompa del calcio Ca2+ Mg-ATP ATP Ca2+ Mg-ATP Pompa Na/K Mg-ADP + Pi

Fonti Alimentari di Calcio

Latte, yogurt (130-180 mg/100 gr; assorbibile per il 30%) (spinaci 115 mg/85 gr; ma solo 5% biodisponibile) formaggi molluschi, crostacei legumi e frutta secca Acqua bicarbonato calcica (senza calorie)

LARN 2014

Fattori che Favoriscono l'Assorbimento

Biodisponibilità dipende da solubilità del sale (più solubile in ambiente acido) Calcio carbonato: poco solubile al pH alcalino dell'intestino Più biodisponibili: calcio citrato, calcio gluconato, calcio gluconato glicerofosfato

• proteine, fosfopeptidi, caseina
• lattosio (intolleranze) rapporto Ca/P lattante 1,5:1 - infanzia 1:1 adulto rapporto più ampio 2:1 -1:2 additivi, bibite, integratori sono sbilanciati (Ca:P = 1:4) ~ vitamina D

Fattori che Diminuiscono l'Assorbimento

• fitati, ossalati, acidi uronici, fosfati (chelanti > complessi insolubili)
• eccesso di grassi (saponi insolubili) 1 alterazioni mucosa intestinale (malassorbimento)
• danni epatici (carenza sali biliari)
• danni renali (diminuita sintesi vitamina 1,25 (OH)2D3 diidrossi colecalciferolo o calcitriolo) età (anziano più difficoltà ad assorbire Ca derivante da diminuita sintesi di 1,25 (OH)2D3 e dei recettori, diminuita esposizione alla luce)

Interazione con Altri Nutrienti

Proteine

PROTEINE: interazione complessa Alimenti ricchi in proteine sono anche ricchi in calcio e ne facilitano l' assorbimento Bassi livelli di assunzione possono riflettere una dieta povera in generale Bassi livelli di assunzione portano a diminuita sintesi di proteine fra cui fattori di crescita Proteine producono acidi: catabolismo di metionina e cisteina > solfato ed H+ studi su anziani, giovani donnne: effetto positivo prevale sull' effetto negativo Alimenti di origine animale contengono Proteine, fosfolipidi, nucleoproteine -> acido solforico, fosforico, urico Frutta e vegetali (effetto alcalino) in genere contengono - ioni positivi Ca, Mg, Na, K, che bilanciano gli acidi prodotti dagli alimenti di origine animale, risparmiano l'osso quale fonte di basi - gli acidi presenti nella frutta - citrico, malico, tartarico, lattico- sono ossidati ed eliminati come CO 2

Sodio

SODIO L'aumentata escrezione di Na+ comporta perdita di solvente e quindi anche di Ca2+

Acidi Grassi Polinsaturi

ACIDI GRASSI POLINSATURI rapporto n-6/n-3 n-6 potrebbero avere effetto negativo sul metabolismo osseo tramite elevata produzione di PGE2 - azione contrastata da n-3

Caffeina

CAFFEINA minimi effetti negativi sull'assorbimento e nessun aumento di escrezione di calcio annullati da normale assunzione di calcio Studi epidemiologici iniziali falsati dal fatto che in genere consumo di bevande ad alto contenuto in caffeina è inversamente correlato a consumo di latte

Supplementi di Calcio

Sali di Calcio

Dosi di 400-500 mg, in assenza di fattori che diminuiscono l'assorbimento Più biodisponibili - Ca citrato - Ca gluconato - Ca fosfopeptidi della caseina - Ca gluconato glicerofosfato

Assorbimento del Calcio

Sito più importante di risposta A livello del duodeno, digiuno, ileo, colon (4%) Assorbito il 20-30% - nei bambini fino al 70%

Free [Ca2+] = 1 mM ·1,25(OH)2D3 Free [Ca2+] = 1.2 mM Transcellular BOOK TRPV5/6 mRNA Ca2+ NCX1 protein synthesis 3Na+ calbindin-D Ca2+ Free [Ca2+] = 100 nM 1 2 PMCA1b Ca2+ TRPV5/6 Ca2+-calbindin-D ATP Paracellular Interstitial space . Blood

Assorbimento Transcellulare

TRANSCELLULARE attivo, saturabile sotto il controllo di vit. D 1. trasporto secondo gradiente elettrochimico 2. transito (tappa limitante) tramite Calcium Binding Protein 3. esporto tramite CaATPasi scambio Ca/Na Lumen

Assorbimento Paracellulare

PARACELLULARE passivo, non saturabile alte concentrazioni di calcio (mM) diffusione attraverso le giunzioni intercellulari 3

Eliminazione del Calcio

Feci (Ca non assorbito: ~ 640 mg/die) Sudore (~ 15 mg/die) Urine (~ 160-200 mg mg/die) corrispondente alla percentuale assorbita Buona parte del Ca legata all'albumina per cui non entra nel filtrato renale, la parte filtrabile riassorbita tramite trasporto attivo mediato da TRPV5 e calbindina (meccanismo simile all'assorbimento intestinale) In estate è maggiore perché viene sintetizzata più vit D Latte materno

Ipocalcemia

(6 mg/100ml, 1,5 mM)

Cause di Ipocalcemia

• patologie renali portano a iperfosfatemia > precipitati di Ca3(PO4)2 nei tessuti molli e calcificazioni
• ipomagnesemia rende osteoclasti più resistenti a PTH
• deficienza di vit D

Sintomatologia di Ipocalcemia

• Ipereccitabilità del sistema nervoso
• Tetano dei muscoli scheletrici

Ipercalcemia

(15 mg/100ml, 3,75 mM) UL: 2500 mg/die (corrispondono a 6250 mg di carbonato di calcio) Alte dosi di Ca interferiscono con l'assorbimento di Zn e Fe Ipercalcemia depressione nervosa, irritabilità, mal di testa, debolezza muscolare, danno renale, calcificazione dei tessuti molli

Ipercalciuria

Ipercalciuria (300 mg/24h) fattore di rischio per formazione di calcoli renali sali litogeni: fosfati, urati, ossalati

Fonti di Ossalato

Fonti endogene Fonti esogene Acido ascorbico Etanolammina cacao, tè, spinaci, coca cola Glicina > acido gliossilico acido L-deidro ascorbico acido 2,3 dicheto L-gulonico ossalato ossalato + acido treonico glicoaldeide acido glicolico acido gliossilico ossalato limitare proteine e calcio: catabolismo di AA contenenti zolfo > CaSO4 non riassorbito da tubulo renale. Evitare carne, uova, bere molto.